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FITODISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS EN PLANTAS
Autores:
M. en C. María Guadalupe López Domínguez.
guadalupe.lopez8@gmail.com
Dr. Gilles Levresse.
glevresse@geociencias.unam.mx
Adscripción: Universidad
Nacional
Autónoma
de
México,
Centro
de
Geociencias, Campus UNAM- Juriquilla.
Especialidad: Geoquímica Ambiental, Geoquímica Analítica.
RESUMEN EXTENSO
Entre las actuales metodologías de remediación de sitios contaminados, el
empleo de plantas para la estabilización química, su degradación a moléculas
inocuas o su evaporación por la respiración de la plantas de contaminantes en
el suelo (fitorremediación) es una de las practicas de menor costo y
ampliamente utilizada para la remoción de metales. Inclusive, las plantas
endémicas de los sitios contaminados pueden estabilizar, evaporar o incluso
extraer los metales por procesos bioquímicos naturales en la planta. Se
reportan casos de estos procesos en áreas de clima templado o húmedo en
plantas de tipo vascular comestible (i.e. maíz y hortalizas) o que crecen y se
desarrollan de manera silvestre en estos tipos de clima. Las plantas que crecen
en climas semisecos, con bajas precipitaciones y temperaturas templadas
pueden llegar a absorber estos metales contaminantes y contribuir a reducir
sus niveles en el suelo, promoviendo la remediación de sitios contaminados y
la estabilización de metales potencialmente contaminantes para el ambiente y
la salud humana. México cuenta en su mayoría de territorio noroeste con
condiciones climáticas y de vegetación como la descrita, sin embargo existen
muy pocos estudios acerca del potencial de absorción en estos sitios.
Igualmente en el país existen innumerables áreas con fuerte contaminación
ambiental a causa de actividades mineras que se han llevado acabo por siglos,
principalmente debido a los metales pesados liberados por los procesos de
extracción. Se ha estudiado la movilidad de contaminantes en el suelo hacia las
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plantas en minas de antimonio en España, encontrando que plantas bajo las
mismas condiciones de crecimiento (concentración de metales pesados en el
suelo)
pueden
tener
diferentes
sitios
(tallos,
hojas
y
raíces)
de
hiperacumulación en la planta. Generalmente lo que ocurre es que los metales
son absorbidos en lugar de nutrientes esenciales y se acumulan en ella
(proceso de traslocación) a diferentes concentraciones y en diferentes órganos
de la planta; un elemento puede variar su acumulación de una planta a otra.
El objetivo de este trabajo fue basado en la premisa de que las plantas
presentes en el área de minas y sus alrededores pueden ser propuestas como
un método de tratamiento ambientalmente amigable y de bajo costo para la
decontaminación de metales pesados en sitios mineros, teniendo como
principal elemento de análisis al antimonio. Conociendo la distribución de
metales absorbidos en las plantas a través del análisis de la concentración de
los mismos en diferentes partes de la planta, la disponibilidad de metales en
suelo a través de las especies disueltas y absorbibles en el agua, se propone
una planta de crecimiento natural cuyas características de absorción y/o
acumulación de metales ayuden a remediar por fitorremediación, sitios mineros
con potencial de contaminación. Se determinó el contenido elemental de
metales pesados en las muestras de plantas cuyo crecimiento es natural en la
región, tanto de especies nativas como introducidas. Se analizaron muestras
de los jales en el área de la mina y sus alrededores para determinar los niveles
de metales pesados presentes. El contenido de metales pesados en los jales y
sedimentos de arroyo se determinó por MS-ICP, excepto hierro y antimonio que
se empleó ICP-OES y la granulometría por FP-XRF. Del agua, los elementos
mayores y menores fueron determinados por MS-ICP y su isotopía por medio
de Multiflow- MS. Se determinan todos los metales pesados sin embargo, se
focaliza al antimonio como contaminante principal y se estima la movilidad de
sus especies solubles (fitodisponibilidad) a través de diagramas de Eh-pH,
teniendo que está se da por medio de la valentinita y la cervantita. En el
tratamiento de la muestras de plantas se utiliza secado de temperatura
ambiente (25°C) en condiciones de oscuridad, a diferencia del tratamiento
convencional para el secado (a 60°C) para evitar evaporizaciones de antimonio
y mercurio.
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Se llevó a cabo un muestreo de plantas, jales y sedimentos de arroyo en la
zona de jales como en los alrededores de una mina, así como de agua de
pozo, en un área minera al noroeste del Estado de San Luis Potosí, México.
Para estimar la habilidad de las plantas para acumular metales, en específico
antimonio, se utilizaron radios de acumulación (RA). El RA es la relación de la
concentración de las estructuras de la planta, divida entre la concentración del
sustrato donde crece, y expresa la capacidad de la planta para acumular
elementos. Se discute con respecto al antimonio, sin embargo existen datos
para todos los elementos. Del análisis de metales se encontró que los niveles
de antimonio de mayor a menor en las plantas analizadas es SOLANACEAE
Nicotiana glauca (112 ppm de antimonio) > CUPRESSASEAE Junipesus aff.
Montañus (96 ppm de antimonio) > ASPHODELOCEAE Asphodelus fistulosus
(79 ppm de antimonio) > MYRTACEAE Eucalyptus aff. Globulus (27 ppm de
antimonio) > AGAVEACEA yucca y CACTACEA Echinocactus platyacabthus
(13 ppm de antimonio) > PINACEAE Pinus sp. (10 ppm de antimonio) >
BUDDLEJACEAE Buddleja sp. (4,7 ppm de antimonio).
Estudios previos han mostrado que el antimonio tiende a estar presente en los
suelos como sulfuros de baja solubilidad, ligados a óxidos de hierro y aluminio
o asociados a la materia orgánica. Sin embargo, cuando el antimonio se
encuentra en formas móviles en el suelo, puede ser acumulado en las plantas.
En el presente estudio se encontraron niveles de antimonio hasta de 13 743
ppm de antimonio en muestras de jales, 5 771 ppm de antimonio en
sedimentos de arroyo y de 447,52 ppm de antimonio en plantas. Aún cuando
las especies de antimonio móviles pudieran estar menores concentraciones
que las de menor movilidad, las concentraciones son significativamente altas
que pueden llegar a acumularse en las plantas que crecen en el área, con
riesgo de un daño ecológico en la zona. El potencial de un metal para ser
absorbido por las plantas depende de la especie en la que ésta presente en el
suelo y del tipo de planta que lo puede absorber. La materia orgánica en los
jales es escasa, por lo que los metales se encuentran principalmente en la
solución (aire-agua-sólidos) del suelo y no sujetos al material orgánico (humus).
Los análisis realizados a las muestras de jales, nos refieren a que estos son
reservorios de metales enriquecidos en antimonio, cinc y arsénico. También se
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tuvo que la presencia de especies oxidadas permite que a cualquier pH y por
un Eh positivo haya formación de sulfato de cinc (ZnSO4), de hidrosmitsonita y
hidrozincita que son especies fitodisponibles, lo que explica los niveles
detectados de cinc en especies de plantas como ASPHODELOCEAE
Asphodelus fistulosus y SOLANACEAE Nicotiana glauca. Igualmente, nos
muestran que a Eh superiores a 0,5 se equilibran en hidróxido de antimonio
(Sb(OH)6), haciéndose disponible para ser captados por las plantas lo que se
corrobora con los niveles de antimonio obtenidos en todas las muestras, que
fueron superiores a los máximos reportados en la bibliografía.
Después del anterior, concluimos que las especies de plantas que se presentan
sobre los jales, los cuales demuestran tener especies de antimonio
fitodisponibles, con las mayores absorciones de antimonio y otros metales
pesados son la SOLANACEAE Nicotiana glauca y la ASPHODELACEA
Asphodelus fistulosus. Aún cuando esta última es la que presenta la máxima
acumulación para la estructura de raíz, la especie que presenta las mejores
condiciones para proponerse para ser estudiada como tratamientos de
fitorremediación para la descontaminación de metales en el área de estudio
sería SOLANACEAE Nicotiana glauca ya que presenta buena absorción de
antimonio en raíz y de arsénico, mercurio y cinc en hoja; además de ser una
planta que crece de manera natural en clima semidesértico, bajo condiciones
adversas para otras plantas (bajo contenido de materia orgánica y alto
contenido de metales a niveles fitotóxicos), es de rápido crecimiento y
propagación. Por las relaciones (RA) con las que las mayores acumulaciones
de metales pesados se presentaron en las plantas, no podemos hablar de
fitoextracción (>100 veces la concentración en la planta que en el sustrato), sin
embargo, debido a las características tanto del antimonio, como del mercurio y
otros metales de importancia ambiental, se plantea que la manera en que la
fitorremediación de las plantas puede darse en el jale es por medio de una
combinación de fitoestabilización y fitovolatización, dónde las plantas absorben,
precipitan y volatilizan por medio de la respiración, los metales presentes,
reduciendo los niveles de los mismos en el suelo. Los radios de acumulación
de planta SOLANACEAE Nicotiana glauca fue para el antimonio 1,44 en raíz y
en hojas 3,05 para el mercurio; 3,50 para arsénico y de 1,80 para cinc. Esta
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última es la especie que muestra tener la más alta acumulación de metales
pesados por lo que se plantea con gran potencial para ser empleada en la
fitorremediación en áreas contaminadas por extracción minera en climas
semidesérticos.
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